[发明专利]一种半导体结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种半导体结构及其形成方法。

背景技术

近年来，LED以其寿命长、发光效率高、体积小、坚固耐用、颜色丰富等特点，被广泛应用于显示屏、背光源、照明等领域。LED器件的的核心是LED外延片，如何在合适的衬底上获得高质量、低缺陷密度的GaN系外延材料薄膜对于提高LED的发光效率、寿命等是最为关键的因素。然而，由于GaN系外延材料薄膜自身的特性，它与常用的SiC，Al₂O₃衬底，尤其是价格低廉的Si衬底等都有着比较大的晶格失配和热失配，因此如果在这些衬底上直接外延GaN系外延材料薄膜就会产生大量的穿通位错，从而导致外延出的GaN薄膜有着很大的位错密度，严重的热失配还会造成外延薄膜龟裂，严重影响制备出的LED器件的性能。为了能够降低外延GaN薄膜的位错密度，产生了一种利用GaN材料的横向生长特性来降低外延薄膜位错密度的方法，虽然采用此方法在横向外延出来的材料区域位错密度比较低，但在非横向外延区外延出来的材料仍旧存在着大量的穿通位错，且没有解决热失配引起外延薄膜龟裂等问题，依然会严重影响制备出的器件的性能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种半导体结构的形成方法，该方法具有可释放热失配应力、薄膜质量高、易于实现的优点。

本发明的另一个目的在于提出一种半导体结构，该半导体结构具有位错密度小、成本较低的优点。

本发明提出的一种半导体结构的形成方法，包括以下步骤：提供衬底；在所述衬底之上形成第一氮化物半导体层；刻蚀所述第一氮化物半导体层以形成多个开口；从所述开口对所述第一氮化物半导体层进行刻蚀以形成多个孔或槽，所述多个孔或槽延伸至所述衬底顶部表面或内部；通过对所述多个孔或槽对所述衬底进行腐蚀处理以使所述衬底顶部表面形成多孔结构；以及淀积氮化物半导体材料，通过在所述多个孔或槽中所述第一氮化物半导体层的暴露部分进行横向生长，填充所述多个孔或槽，其后继续外延生长，在所述第一氮化物半导体层之上形成第二氮化物半导体层。在本发明的优选实施例中，第一氮化物半导体层为AlN层，而第二氮化物半导体层为GaN层。

根据本发明实施例的半导体结构形成方法具有衬底可采用低成本材料(比如硅片)、可有效降低外延生长过程中由于热失配形成的应力、薄膜质量好、工艺简单易于实现等优点。在该实施例中，通过多孔结构可以有效地释放由于热失配所引起的应力，从而利于制备大尺寸的氮化物半导体材料，例如可以获得厚度很厚(数十微米以上)、直径大(基片尺寸可达8-12英寸甚至18英寸)的第二氮化物半导体层(例如GaN层)。更为重要的是，在本发明的实施例中，多孔结构是在形成第一氮化物半导体层(例如AlN层)之后形成的，因此能够保证多孔结构与第一氮化物半导体层之间良好的界面，同时保证第一氮化物半导体层的生长质量，在高质量的第一氮化物半导体层的基础上，可以外延出高质量的第二氮化物半导体层。

在本发明半导体结构的形成方法的一个实施例中，所述衬底具有图形化表面。

在本发明半导体结构的形成方法的一个实施例中，还包括：在所述衬底之上形成缓冲层。

在本发明半导体结构的形成方法的一个实施例中，所述缓冲层为单层的低温缓冲层结构、多层的超晶格结构或多层的交错缓冲层结构。

在本发明半导体结构的形成方法的一个实施例中，还包括：在所述第一氮化物半导体层之上形成掩膜层并刻蚀所述掩膜层以形成多个掩膜阻挡结构。

在本发明半导体结构的形成方法的一个实施例中，所述衬底为Si、SiGe、SiC、Al₂O₃、AlN、ZnO、Ga₂O₃、LiGaO₂或LiAlO₂。

在本发明半导体结构的形成方法的一个实施例中，当所述衬底为导电衬底时，所述腐蚀处理为电化学腐蚀处理；当所述衬底为不导电衬底时，所述腐蚀处理为湿法腐蚀处理。

在本发明半导体结构的形成方法的一个实施例中，还包括：对所述衬底注入不同类型和/或不同浓度的掺杂元素，以在所述衬底顶部形成多个刻蚀阻挡结构。

在本发明半导体结构的形成方法的一个实施例中，所述氮化物半导体为GaN、InGaN、AlN、AlGaN、InN、AlGaInN中的一种或多种组合。